Grøn Viden. Langtidseffekter af halmnedmuldning. Danmarks JordbrugsForskning. Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri.

Transkript

1 Grøn Viden Langtidseffekter af halmnedmuldning Per Schjønning Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Danmarks JordbrugsForskning Markbrug nr. 295 Juni 2004

2 2 Der dyrkes korn på ca. 57% af Danmarks landbrugsareal. Vårbyg udgør alene ca. 26% (Danmarks Statistik, ). Selv om en del arealer indgår i sædskifte med andre afgrøder og modtager husdyrgødning, gennemføres ensidig korndyrkning uden tildeling af husdyrgødning på store arealer. Vi har en generel viden om, at en sådan dyrkningsform giver anledning til et fald i jordens indhold af organisk stof (humus) i forhold til mere alsidige sædskifter. Men vi ved ikke så meget om, hvorvidt der findes en nedre grænse for udpining af jorden i relation til dens funktion som vokseplads. Nye målinger ved Danmarks JordbrugsForskning (DJF) har antydet, at lerholdige jorde bliver vanskelige at bearbejde, når indholdet af organisk kulstof (C) kommer under ca. 1% (svarende til ca. 1.7% organisk stof). Det er en almindelig antagelse, at halm er gavnlig for jordens dyrkningsegenskaber. Spørgsmålet er, om nedmuldning af halm fra kornafgrøder er tilstrækkeligt til at modvirke effekten af de ensidige sædskifter. DJF har for nylig afsluttet tre langvarige forsøg med ensidig dyrkning af vårbyg og med henholdsvis fjernelse, afbrænding og nedmuldning af halm. Ved afslutningen af forsøgene blev der gennemført et måleprogram for at belyse effekten af de mange års forskellige halmhåndtering. I det følgende ses nærmere på disse målinger samt de mange års registreringer af udbyttet i forsøgene. De langvarige halmforsøg Fem forsøg med års varighed er i tabel 1 listet efter stigende indhold af ler / faldende indhold af grovsand og dækker både grovsandede hedeslettejorde (Jyndevad og Studsgård), såkaldte mellemjorde (Ødum og Askov) og egentlige lerjorde (Rønhave). Der blev ikke anvendt efterafgrøder eller tilført husdyrgødning. Al gødning blev tilført som granuleret NPK-gødning efter et økonomisk optimalt N- niveau, idet der dog i de første forsøgsår indgik forsøg med 3 N-niveauer samt tildeling af N om efteråret (tabel 1). Pløjning blev foretaget om efteråret. Der blev i alt gennemført 134 forsøg fordelt over de fem lokaliteter og 36 år. Halmeffekt på kulstof og næringsstoffer i jorden Efter afslutning af tre forsøg i blev der udtaget prøver til bestemmelse af en række jordkemiske egenskaber (tabel 2). For alle tre jordtyper blev der fundet et statistisk sikkert højere indhold af organisk C efter nedmuldning end efter Tabel 1. Langvarige, fastliggende forsøg ved DJF med fjernelse, afbrænding og nedmuldning af halm i ensidig vårbygdyrkning. Teksturdata beskriver et gennemsnit af forsøgsarealet Lokalitet Jordtype JB-nr Org.stof Tekstur, pløjelaget (%-fordeling) Forsøgsperiode Bemærkninger Ler <2 µm Silt 2-20 µm Finsand µm Grovsand mm Høstår Jyndevad 1* Studsgård Ødum Askov Rønhave *I de aktuelle undersøgelser er der målt 6.2% ler (JB 3). Oftest findes under 5% ler på Jyndevad. Det meget store indhold af grovsand tilsiger yderligere, at der er tale om JB 1. Antal år 29 Afbr. først fra 1987; også forsøg med N og stubbearbejdn. 18 Også forsøg med efterårs-n og pløjetidspunkt 22 Også forsøg med efterårs-n og pløjetidspunkt 29 Afbr. først fra 1987; også forsøg med N og stubbearbejdn : også forsøg med efterårs- N og pløjetidspunkt

3 3 fjernelse og afbrænding af halm. Alle tre steder var C-indholdet lavest efter afbrænding, men forskellen til fjernelse af halm var ubetydelig og ikke statistisk sikker. Ved Jyndevad og Rønhave var der også et sikkert fald i jordens indhold af kvælstof (N), hvorfor C/Nforholdet ikke blev påvirket af halmbehandling. Omvendt var der for Askov-jorden tale om stort set uændret N-indhold og derfor en statistisk sikker stigning i C/N forholdet. Bemærk i øvrigt, at C/N-forholdet er faldende med stigende lerindhold, fra ca. 16 i den grovsandede jord over ca. 12 i mellemjorden til ca. 10 i lerjorden. For Askov og Rønhave var der en tendens til, at halmnedmuldning øger jordens kationbytningskapacitet (CEC), men stigningen var ikke statistisk sikker (tabel 2). På trods af de basiske kationer (f.eks. kalium), der tilføres med halmen (uanset om den brændes eller nedmuldes), blev der ikke fundet en sikker påvirkning af basemætningsgraden. På lerjorden ved Rønhave øgede halmen (igen uanset afbrænding) reaktionstallet. Fosfortallet (Pt) blev kun påvirket sikkert ved Rønhave, hvor det steg for både afbrænding og nedmuldning i forhold til fjernelse af halmen (tabel 2). Som forventet steg kaliumtallet (Kt), idet en normal halmmængde indeholder ca. 40 kg K pr. ha. Stigningen var dog kun signifikant for Rønhave og Askov (og i Askov kun efter 29 års nedmuldning, mens 16 års afbrænding ikke gav sikker stigning). Det betyder, at det primært er de lerholdige jorde, som i forvejen har kapacitet til at tilbageholde en stor mængde kalium, der får gavn af halmens kalium. Målinger viste, at jorden under pløjelaget (ned til ca. 40 cm for Jyndevad og Rønhave og til 80 cm i Askov) havde et forhøjet Kt efter afbrænding og nedmuldning i forhold til fjernelse af halm (data ikke præsenteret her). Summeret ned til 80 cm var der i parcellerne med halmnedmuldning en ekstra kaliummængde i let ombyttelig form på ca. 111, 312 og 360 kg pr. ha. for henholdsvis Jyndevad, Askov og Rønhave. Totalt er der gennem de års nedmuldning tilført ca kg K pr. ha. Størsteparten af halmens kalium formodes derfor enten udvasket (mest Tabel 2. Jordkemiske egenskaber i relation til halmhåndtering. Prøver udtaget foråret 2003 efter sidste høst. Tal med samme bogstav er ikke statistisk sikkert forskellige. Se tabel 1 for oplysninger om forsøgslokaliteter mm. Lokalitet/ Periode Jyndevad Halmhåndtering C N C/N R t CEC 2,3 Basemætning 3 P t K t g 100 g -1 g 100 g m.ækv 100 g-1 % mg 100 g-1 mg 100 g-1 Fjernet a a 15.9 a 6.33 a a 7.4 a Afbrændt¹ a a 15.5 a 6.40 a a 8.2 a Nedmuldet b b 16.0a 6.25a a 8.0 a Askov Fjernet a a 11.8 a 6.07 a a 13.6 a Afbrændt¹ a a 11.1 a 6.20 a a 14.5 a Nedmuldet b a 12.9 b 6.17 a a 16.8 b Rønhave Fjernet a a 9.8 a 6.33 a a 13.6 a Afbrændt a a 9.9 a 6.50 b b 19.9 b Nedmuldet b b 10.2 a 6.45 b b 20.9 b ¹ : halm fjernet (ikke afbrændt) ²CEC = kationbytningskapacitet (Cation Exchange Capacity) ³ikke mulighed for statistik

4 4 udpræget for den grovsandede jord ved Jyndevad) eller bundet i svært tilgængelig form (mest udpræget for lerjorden ved Rønhave). Halmhåndteringen påvirkede ikke jordens indhold af kobber, mangan, zink og bor (data ikke vist). Jordens indhold af organisk stof gennem tiden I forsøget ved Rønhave blev der målt indhold af organisk C i jorden flere gange gennem de 36 år (figur 1). Der foreligger ingen data fra forsøgets start, men i forbindelse med de første målinger (i 1973) blev der udtaget prøver i en nabomark. Antages denne at repræsentere forholdene i et mere alsidigt sædskifte også for forsøgsmarken, kan alle tre forsøgsbehandlinger føres tilbage til et start-c indhold på 1.45% (de stiplede linier). Det fremgår af figuren, at driftsformen med ensidig vårbygdyrkning har givet anledning til et markant fald i organisk C uanset halmhåndtering. Faldet er gennemsnitligt på ca C-procentenheder årligt ved fjernelse og afbrænding, mens det reduceres til ca. to tredjedele heraf, nemlig C-procentenheder årligt ved nedmuldning af halm. Halmnedmuldning i ensidig vårbygdyrkning er således ikke i stand til at opretholde indholdet af organisk stof i jorden i forhold til situationen før overgang til den ensidige dyrkning. Figur 1. Jordens indhold af organisk C gennem 36 års forsøg med ensidig vårbyg og forskellig halmhåndtering på lerjord ved Rønhave. Prøvetagningsstrategien tillader kun statistiske beregninger for de to sidste udtagninger. Undersøgelser har vist, at omsætningen af nedmuldet halm (mere præcist den del, der ikke er omsat efter det første års hurtige omsætning) kan beskrives med formlen Wt = W0 * e -kt. Hvor W0 og Wt er mængden af tilbageværende halm-c efter første års hurtige omsætning hhv. til tiden t, e er exponentialfunktionen (e ~ 2.718) og k er nedbrydningens hastighedskonstant. Kendes hastighedskonstanten, kan der ved årligt gentagne nedmuldninger i samme jord beregnes den tilbageværende mængde af halm-c på et givet tidspunkt. Ved sammenligning til observerede værdier (som i forsøget her) er der mulighed for at beregne hastighedskonstanten og dermed halveringstiden for halmen i jorden. I figur 2 er vist modellens forudsigelse af den halmforårsagede stigning i C i jorden med den for Rønhavejorden estimerede halveringstid på 4.4 år (som udgangspunkt for beregningerne blev brugt et gennemsnit af de sidste 3 målinger af C-indhold). Resultatet passer fint med internationale undersøgelser, hvor der er fundet halveringstider på fra 4.7 til 5.4 år. Figuren viser, at der kan forventes en ligevægtstilstand med minimal yderligere stigning i halmforårsaget C ved fortsat nedmuldning. For Rønhave-jorden er dette niveau tæt på at være nået ved afslutningen af forsøget, hvor det ligger omkring 0.125% C. Det betyder ikke, at C-indholdet i jorden dermed ligger fast, men at fortsat halmnedmuldning ikke kan øge forskellen i forhold til en jord uden halmnedmuldning. Ved fortsat ensidig vårbygdyrkning, efter ligevægtstilstanden er opnået ved omkring 35 års nedmuldning, må forventes et yderligere fald i C-indhold, også i jord med halmnedmuldning, jf tendensen i figur 1. Af figur 2 Figur 2. Modelberegnet udvikling i halmforårsaget stigning i jordens organiske C i forhold til fjernelse af halm for lerjorden ved Rønhave. Punkterne viser de målte forskelle mellem fjernelse og nedmuldning af halm.

5 5 fremgår, at målingerne stemmer godt overens med modellens forudsigelse af en ganske hurtig effekt af halmnedmuldning. Det betyder, at der kun skal ca. fem år til at nå halvdelen af den mulige halmeffekt. Efter 29 år er der i den grovsandede jord ved Jyndevad målt procentenheder mere C i jord med halmnedmuldning sammenlignet med fjernelse af halmen (tabel 2). Det er væsentligt mere end de 0.125% forudsagt ud fra modelkørslen på Rønhave-data. De målte tal for Askov (og naturligvis Rønhave) er bedre i overensstemmelse med modellen. Det høje tal ved Jyndevad skyldes især en høj værdi fra en enkelt af forsøgets parceller. Tidligere undersøgelser på andre sandede jorde viste generelt lidt lavere værdier end for de lerholdige jorde. På dette grundlag vurderes, at det modelberegnede estimat på 0.125% C ekstra i halmnedmuldet jord er et godt bud på den langvarige effekt af halmnedmuldning på alle jordtyper under danske klimaforhold. Halmens indflydelse på andre jordegenskaber Det er velkendt, at nedmuldning af halm virker positivt ind på en række egenskaber, der normalt betragtes af betydning for jordens funktion som vokseplads. Det gælder f.eks. jordens mikrobielle biomasse, regnormebestanden og jordaggregaternes stabilitet mod nedbrydning under våde forhold. Der er ikke plads til her at dokumentere disse egenskaber. Tidligere undersøgelser har også vist, at der kun er en lille tendens til påvirkning af porøsitetsforholdene i jorden og dermed jordens evne til at lede luft og vand. Halmnedmuldning har heller ingen betydning for mængden af plantetilgængeligt vand i jorden. Det større C-indhold efter halmnedmuldning øger til gengæld den vandmængde, der bindes stærkt til jorden (vandet ved den såkaldte visnegrænse). Udbytteniveau gennem forsøgsperioden På trods af den omtalte reduktion af jordens indhold af organisk stof, som ensidig vårbygdyrkning forårsager, er der for tre af de fem lokaliteter med års forsøg fundet en væsentlig stigning i udbytteniveauet (figur 3). For Askov og Rønhave er der tale om en statistisk sikker gennemsnitlig årlig stigning på ikke mindre end hkg pr. ha. Det betyder, at disse jorde efter 3-4 årtier med et meget ensidigt sædskifte producerer hkg pr. ha mere end ved starten omkring Stigningen skyldes ikke en ændring i N-gødskningen, der har ligget på det samme niveau gennem hele perioden. Årsagen må snarere søges i anvendelse af mere produktive sorter, bedre planteværn og måske mere effektiv jordbearbejdning. Udtrykt på anden måde kan det siges, at udbyttepotentialet i de lerholdige jorde i højere grad kommer til udtryk med de nævnte forbedringer, mens naturgivne forhold allerede for årtier siden var begrænsende for udbyttet på de to sandede jorde. Det kan nævnes (data ikke vist), at der blev fundet et sikkert fald i kernernes indhold af N ved Rønhave i samme periode. Dog var der stadig tale om en stigning i høstet N i kg pr. ha. Den grovsandede jord ved Studsgård havde den største variation/ustabilitet i udbyttet (restspredning ved regression: 10.1 hkg pr. ha ~ 28%), mens lerjorden ved Rønhave havde den laveste udbyttevariation/ den største dyrkningssikkerhed (restspredning ved regression: 6.2 hkg pr. ha ~ 11.4%). Halmeffekt på udbyttet Der er tydelige jordtypeforskelle mht. halmhåndteringens effekt på udbyttet. De to grovsandede jorde har de første mange år efter start af halmnedmuldning uændret eller svagt øget udbytte for nedmuldning i forhold til fjernelse af halmen (figur 4 og tabel 3). Tendensen er ikke statistisk sikker for Studsgård. Efter næsten tyve års halmnedmuldning sker der ved

6 6 Tabel 3. Halmhåndteringens effekt på kerneudbyttet i vårbyg (se også figur 4). Tal med samme bogstav er ikke statistisk sikkert forskellige. Lokalitet Halmbehandling Jyndevad en bemærkelsesværdig stigning i merudbyttet til en statistisk sikker effekt på næsten 8% som gennemsnit af de sidste 8 års forsøg. Der er ingen sikker effekt af afbrænding i forhold til fjernelse af Del-periode* Hele perioden* hkg ha-¹ / Forholdstal forholdstal Jyndevad Fjernet 100a 100a 100a 43.6 / 100a Afbrændt a 97.1a - Nedmuldet 100.4a 104.4a 107.7b 45.1 / 103.5a Studsgård Fjernet 100a 100a 34.8 / 100a Afbrændt 103.3a 101.5a 35.7 / 102.6a Nedmuldet 103.8a 102.5a 35.9 / 103.3a Ødum Fjernet 100a 100a 46.1 / 100a Afbrændt 99.1a 99.2a 45.7 / 99.1ab Nedmuldet 97.3a 96.8b 44.7 / 97.1b Askov Fjernet 100a 100a 100a 44.5 / 100a Afbrændt a 104.6a - Nedmuldet 97.7b 98.4a 99.3a 43.7 / 98.2b Rønhave Fjernet 100a 100a 100a 57.3 / 100a *Tidsperioder: Afbrændt 101.4a 100.7a 104.6b 58.6 / 102.3a Nedmuldet 100.7a 98.6a 97.3a 56.5 / 98.7a Delperiode: Hele perioden Jyndevad (13 år) Studsgård Ødum Askov (13 år) Rønhave (8 år) (6 år) (10 år) (8 år) (8 år) (8 år) (29 år) (18 år) (22 år) (29 år) (36 år) halmen på de to grovsandede jorde. For mellemjordene ved Ødum og Askov er der gennemgående en tendens til udbyttetab for nedmuldning i forhold til fjernelse af halm (figur 4 og tabel 3). Effekten er statistisk sikker de sidste 8 år ved Ødum og også som gennemsnit af hele perioden på 22 år. Der er ingen effekt at spore af afbrænding i forhold til nedmuldning. Ved Askov er der et statistisk sikkert udbyttetab for nedmuldning på 2.3% som gennemsnit af de første 13 år. Denne effekt aftager gennem forsøgsperioden. Afbrænding giver her uændret udbytte i forhold til fjernelse de første 6 år, denne behandling er med, mens der i slutningen af forsøget ses en tendens til merudbytte for afbrænding. Ved Rønhave er halmhåndteringens effekt fulgt gennem 36 år. De første ca. 20 år af perioden er der stort set ingen effekt af hverken afbrænding eller nedmuldning (figur 4 og tabel 3). Som for Askov og til dels Ødum ses i slutningen af forsøgsperioden en tendens til større og større forskel mellem udbyttet efter afbrænding og efter nedmuldning. De sidste 12 år er der således ved Rønhave et statistisk sikkert højere udbytte efter afbrænding end efter nedmuldning på 7.3% (tabel 3, delperiode 3). Halmhåndteringen påvirkede stort set ikke dyrkningssikkerheden målt som restspredning ved estimering af den tidsmæssige udvikling (data ikke vist).

7 7 Figur 3. Udvikling i udbyttet gennem forsøgsperioden som gennemsnit af halmhåndtering. Tallene ud for forsøgslokalitet angiver den gennemsnitlige årlige stigning i udbyttet (*** = P<0.001; n.s. = ikke statistisk sikker [not significant]). Figur 4. Årligt merudbytte for henholdsvis afbrænding (røde linier) og nedmuldning (blå linier) i forhold til fjernelse af halm (se også tabel 3). Det synes vanskeligt at tolke tendensen med bedre udbytte efter års afbrænding i forhold til nedmuldning af halm. For den grovsandede jord ved Jyndevad viste resultaterne en positiv langtidseffekt af nedmuldning. Mange års målinger af goldfodsyge i forsøgene ved Studsgård, Ødum og Rønhave (data ikke præsenteret) viste jordtypeforskelle (gns. for alle år ca. 20, 14 og 10% angrebne planter for hhv. Studsgård, Ødum og Rønhave), mens der ikke var forskelle i angreb efter de tre forskellige halmbehandlinger. Forklaringen på udbytteefekten skal muligvis søges i det ensidige sædskifte, i hvilket halmhåndteringen er undersøgt. Som det fremgik af figur 1, er der også i jord med halmnedmuldning en markant nedgang i jordens indhold af organisk stof. Det betyder, at også puljen af kvælstof i jorden reduceres (se også tabel 2). Nedmuldning af halm vil i første omgang kræve kvælstof i forbindelse med omsætningen. Betingelserne for denne omsætning kan være blevet forværret på grund af en formodet mere struktursvag og kompakt jord med en potentielt reduceret biomasse. Selv om det samme vil være tilfældet og formodentlig i endnu større udstrækning for jorden med afbrændt halm, stilles denne jord ikke over for opgaven med omsætning af 4-5 tons halm pr. ha. Kernernes indhold af N tydede dog ikke på forskel i tilgængelighed af N, idet der ikke kunne spores effekt af halmhåndteringen. Til gengæld var der også for denne parameter jordtypeforskelle, idet der som gennemsnit blev målt 2.15, 1.94 og 1.71% N i kernerne fra hhv. Studsgård, Ødum og Rønhave.

8 8 Grøn Viden indeholder informationer fra Danmarks JordbrugsForskning. Grøn Viden udkommer i en mark-, en husdyr- og en havebrugsserie, der alle henvender sig til konsulenter og interesserede jordbrugere. Abonnement tegnes hos Danmarks JordbrugsForskning Forskningscenter Foulum Postboks 50, 8830 Tjele Tlf / Prisen for 2004: Markbrugsserien kr. 272,50 Husdyrbrugsserien kr. 225,00 Havebrugsserien kr. 187,50. Adresseændringer meddeles særskilt til postvæsenet. Michael Laustsen (ansv. red.) Layout og tryk: DigiSource Danmark A/S ISSN x Konklusioner og perspektiver Ensidig korndyrkning giver et markant fald i jordens indhold af organisk stof i forhold til et alsidigt sædskifte. Langvarig (30-40 år) nedmuldning af halm mindsker dette tab til ca. 2/3 af reduktionen uden halmnedmuldning. Efter en sådan periode med årlig nedmuldning kan forventes en forskel til jord uden halmnedmuldning på ca C %-enheder og forskellen vil ikke forøges yderligere. Det svarer til ca % organisk stof. Det svarer til, at den sværtomsættelige del af halmen (den del, der er tilbage efter det første års omsætning) har en halveringstid på ca. 4½ år. Nedmuldning og afbrænding af halm giver anledning til en forøgelse af jordens indhold af kalium på op til 6-7 Kt-enheder på lerholdige jorde, mens sandede jorde i ringere grad kan drage nytte af halmens K-indhold. Udbytteniveauet i vårbyg på lerholdige jorde er i perioden ca til 2000 steget med hkg pr. ha. Denne stigning er sket på trods af det omtalte markante fald i jordens indhold af organisk stof. På sandjorde er stigningen i udbytteniveau langt mindre. Observationerne kan tages som udtryk for bedre udnyttelse af lerjordenes udbyttepotentiale forårsaget af bedre sorter og bedre plantebeskyttelse mm. Hvis der alene vurderes ud fra disse trends i udbytte, kan langvarig ensidig korndyrkning umiddelbart betegnes som en bæredygtig produktionsmetode. Efter 36 års ensidig dyrkning af vårbyg kunne der i lerjorden høstes op mod 80 hkg kerne pr. ha. Landbrugsjorden synes derfor forbavsende robust, men der bør gennemføres undersøgelser af, om den markante reduktion i jordens indhold af organisk stof på blot lidt længere sigt giver dyrkningsproblemer og evt. også påvirker produktkvaliteten. Halmhåndteringen havde kun ubetydelig indvirkning på udbyttet de første mange år med den omtalte driftsform. Generelt kan siges, at der er en tendens til merudbytte for halmnedmuldning på sandede jorde, stort set uændret udbytte på egentlige lerjorde og et lille udbyttetab på mellemjorde med 5-15% ler. En bemærkelsesværdig tendens til et højere udbytte efter afbrænding i forhold til nedmuldning af halm efter års forsøg på de lerholdige jorde kan muligvis tolkes som et udtryk for, at betingelserne for omsætning af halmen bliver ringere og ringere efterhånden som jorden udpines for organisk stof. Kombineres resultaterne med observationer af lavt udbytte og problemer med jordstruktur på andre jorde med under ca. 1% organisk C, kan dette niveau måske tolkes som en nedre grænse for bæredygtig drift.